Гомология

Гомология против аналогии

Согласно Расселу, Ричарду Оуэну мы обязаны первым четким различием между гомологичными и аналогичными органами. Определения Оуэна были следующими:

Аналог: часть или орган у одного животного, который имеет ту же функцию, что и другая часть или орган у другого животного.

Гомолог: один и тот же орган у разных животных при любом разнообразии форм и функций.

Это различие ясно видно на примере ушных косточек млекопитающих. Эти маленькие косточки за несколько сотен миллионов лет эволюции прошли путь от жаберных крышек рыб до заднечелюстных костей синапсид и заняли свое нынешнее положение в ухе млекопитающих. Об этом свидетельствуют не только окаменелости, но и эмбриология. По мере развития эмбриона хрящ затвердевает, образуя кость. Позже в процессе развития крошечные костные структуры отделяются от челюсти и мигрируют в область внутреннего уха. Ушные косточки гомологичны челюстным костям и жаберным крышкам, но не аналогичны.

Эта довольно необычная история была впервые предложена в 1818 году Этьеном Жоффруа Сент-Илером, который рассматривал рыб и пытался обнаружить сходство их костей с костями наземных позвоночных.

Уровень анализа

Признак может быть как гомологичным, так и аналогичным, в зависимости от уровня, на котором он рассматривается. Например, крылья птиц и летучих мышей гомологичны предплечьям тетрапод. Однако они не гомологичны крыльям, потому что этот орган служил предплечьем (а не крылом) у последнего общего предка тетрапод.

По определению, любой гомологичный признак определяет кладу - монофилетический таксон, в котором все члены обладают этим признаком (или утратили его вторично), а все нечлены клады его лишены.

Крылья птерозавров (1), летучих мышей (2) и птиц (3) аналогичны крыльям, но гомологичны предплечьям.

Связанные термины

Кладистические термины

• Гомоплазия: развиваются независимо, но из одной и той же предковой структуры.
• Плезиоморфия: присутствует у общего предка, но вторично утрачена у некоторых его потомков.
• Синапоморфия: присутствует у предка и всех его потомков.

Последовательности генов

Сохраненные последовательности ДНК, РНК и белков могут быть использованы для определения гомологии между организмами.

• Ортология: гены или последовательности ДНК, которые похожи, потому что произошли от общего предка. Первоначально они были разделены в результате видообразования. Ортологи (ортологичные гены) - это гены у разных видов, которые произошли по вертикали от одного гена последнего общего предка. Термин "ортология" был введен в 1970 году Уолтером Фитчем.

• Паралогия: когда ген дублируется, занимая два разных места в одном геноме, эти две копии являются паралогичными. Паралогичные гены часто принадлежат к одному виду, но это не обязательно: например, ген гемоглобина человека и ген миоглобина шимпанзе являются паралогами. Паралоги обычно имеют одинаковую или сходную функцию, но иногда и нет. По крайней мере, одна из копий будет находиться под меньшим давлением отбора и может мутировать и приобрести новую функцию.

• Ксенология: гомологи, возникшие в результате горизонтального переноса генов между двумя организмами. Ксенологи могут иметь различные функции, если новая среда сильно отличается от той, в которую попал горизонтально перемещенный ген. В целом, однако, ксенологи обычно имеют сходные функции в обоих организмах.

Глубокая гомология

В эволюционной биологии развития понятие глубокой гомологии используется для описания случаев, когда рост и дифференцировка контролируются генетическими механизмами, которые гомологичны и глубоко консервативны в широком диапазоне видов. Учебные примеры, характерные для метазоа, включают гомеотические гены, контролирующие дифференциацию тела, и гены pax (особенно PAX6), участвующие в развитии глаза и других органов чувств.

Алгоритм выявляет глубоко гомологичные генетические модули у одноклеточных организмов, растений и нечеловеческих животных на основе фенотипов (таких как признаки и дефекты развития). Метод выравнивает фенотипы разных организмов на основе гомологии генов, вовлеченных в эти фенотипы.